形貌影柵云紋法和相移干涉全息光彈性法的數(shù)字仿真研究.pdf

1、數(shù)字形貌重建光測原理(數(shù)字形貌光測法)是一門發(fā)展中新的學科領域。它是力學、實驗力學、光測力學、實驗應用物理和物理光學工程等科學工作者以現(xiàn)代光測法中的數(shù)字光彈性、數(shù)字面內(nèi)與離面位移云紋法、數(shù)字散斑和電子散斑剪切干涉法、數(shù)字全息干涉法等實驗方法為基礎，結合現(xiàn)代圖像處理技術，正在努力創(chuàng)建的一門宏觀及微觀重建物體多維形貌、重建光學干涉條紋圖像形貌和重建應力、變形分布狀態(tài)形貌等為基本內(nèi)容的新學科。本論文所涉及的僅僅是其中被認為是有發(fā)展前途和為學者

2、們關注的，旨在為各種物體及光學干涉條紋圖像形貌重建的兩個課題：數(shù)字形貌影柵云紋法(Digitalshadowmoiréprofilometry)和重建獲得單獨等厚線相位圖像的相移干涉全息光彈性法，重點是它們的仿真模擬原理、技術和自動化測量與處理一體化的實驗和評估系統(tǒng)。 在應用形貌影柵云紋法進行形貌重建時，為了方便通常采用光場參數(shù)不同的點照射——點觀測光場，但這種光場的相移值是近似的，且隨著光場的不同而異。這就給形貌影柵云紋法的測

3、量和處理實驗系統(tǒng)帶入一個不確定的初始系統(tǒng)誤差，它對正確分析實驗測試誤差帶來許多困難。所以為了使眾多的形貌重建結果在研究和應用中具有可比性，就必須探求一個準確、高效和經(jīng)濟的方法，來分析、檢測和評估這種初始系統(tǒng)誤差，探索其規(guī)律性，找出使之趨于可以控制的常差所必須遵循控制條件。只有這樣，才可能得到可比的參考數(shù)據(jù)，供儀器和工程設計者，及實驗研究者制定設計和實驗測試規(guī)范，以利于實際應用。研究認為，按以上對分析方法的要求和欲達到的目標，對于這種實驗

4、方法應用基礎性的研究工作，采用數(shù)字仿真方法是合適的。 鑒于以上原因，本文把基于影柵虛云紋場原理的數(shù)字仿真方法引入形貌影柵云紋法中，提出數(shù)字仿真形貌影柵云紋法及自動測量和處理一體化實驗系統(tǒng)的原理與技術，開發(fā)了與之對應的系列軟件。用這個方法和實驗系統(tǒng)及系列軟件，可以獲得優(yōu)質(zhì)的云紋圖像和各種光場，包括相當于獲得精確結果的平行照射—平行觀測的標準光場和不同光場參數(shù)的等距點照射——點觀測等非標準光場的形貌重建結果。以提出的方法和實驗系統(tǒng)為

5、基礎，建立起數(shù)字仿真形貌影柵云紋法的誤差評估系統(tǒng)及其相關軟件，具體分析了不同參數(shù)的等距點照射——點觀測的光場與最大相對誤差的變化規(guī)律，進而對它們的初始系統(tǒng)誤差進行了誤差評估，給出了在限定最大相對誤差下，必須控制的光場參數(shù)的具體數(shù)據(jù)，為規(guī)范設計常用的等距點照射——點觀測光場提供了準則。 針對經(jīng)典的干涉光彈性法和已有的全息光彈性法難以推廣應用到復雜的平面應力分析及三維應力分析等問題，在數(shù)字光彈性法中以光強方程式為參數(shù)的相移算法獲得單